Este trabalho define um modelo de execução para cláusulas Prolog, a partir do modelo abstrato de Máquinas de Cláusulas, e o Projeto de uma arquitetura paralela que suporte o modelo proposto. São também introduzidos alguns aspectos sobre as linguagens Lógicas e as máquinas Prolog visto que estes elementos estão relacionados intimamente tanto com o modelo quanto com a arquitetura propostos. Na proposta do modelo de execução são definidos uma representação para os elementos do modelo abstrato (predicados, arcos e clausulas) e um conjunto de algoritmos que permitem a operacionalização do modelo de forma a que tanto o paralelismo como a concorrência inerentes ao modelo abstrato sejam exploradas de forma integral. Na proposta da arquitetura são, primeiramente, discutidas algumas opções de arquitetura básica e, posteriormente, descrita a arquitetura escolhida tanto a nível de blocos bem como dos seus componentes principais, a saber: interface de mem6ria, processador e rede de interconexão. Para cada um destes componentes são descritas as principais instruções e são apresentados os algoritmos que as implementam. Junto com a descrição da arquitetura é definida uma estrutura de dados que permite a implementação da representação descrita no modelo de execuqao e é definido também o algoritmo de unificação que percorre a estrutura proposta. Na validação é feito o cálculo da largura de banda máxima alcançada pela arquitetura proposta, calculo este baseado no algoritmo de unificação descrito. E também feita uma avaliação do ganho de performance da arquitetura proposta em relação a um processador bem como é justificado o numero de processadores escolhidos comparando a performance alcançada na arquitetura proposta com a performance alcançada por conjuntos maiores e menores de processadores. Por fim na conclusa o são feitos comentários sobre os objetivos atingidos e sobre possíveis extensões a este trabalho. / The present work defines a execution model for Prolog clauses based on the clause machines abstract model and then proposes a parallel architecture for the execution model. Some topics about Logic languages and Prolog machines were therefore introduced because they are closely related with, both, the model and the architecture proposed. In the execution model the representation of the abstract model elements (predicates, arcs and clauses) and the set of algoritms that allow the operation of the model were defined so that the parallelism of the model can be integraly achieved. In the architecture proposal, first some options for the basic architecture were discussed and then the chosen architecture is describeb at block level as much as at its components level. The most importants components reported are the memory interface, the processor and the interconection net, for each one of them the possible instructions were describeb as well as their algoritms. Together with the especification of the architecture, the data estructure that allows the implementation of the execution model representation and the concerning unification algorit that scans the proposed representation were especified too. In the validation the thoughtput permited by the proposal architecture is calculated based on the unification algoritm earlier described. Besides that the performance gain compared with an architecture with only one processor was estimated, as much as the confrontation of the performance of lesser and greater sets of processors elements were made in order to validate the chossen number. At last, in the conclusion, some coments about the fulfilled goals and about eventual extends for the work.

Arquiteturas paralelas modernas têm hierarquias de memória complexas, que consistem de vários níveis de memórias cache privadas e compartilhadas, bem como Non-Uniform Memory Access (NUMA) devido a múltiplos controladores de memória por sistema. Um dos grandes desafios dessas arquiteturas é melhorar a localidade e o balanceamento de acessos à memória de tal forma que a latência média de acesso à memória é reduzida. Dessa forma, o desempenho e a eficiência energética de aplicações paralelas podem ser melhorados. Os acessos podem ser melhorados de duas maneiras: (1) processos que acessam dados compartilhados (comunicação entre processos) podem ser alocados em unidades de execução próximas na hierarquia de memória, a fim de melhorar o uso das caches. Esta técnica é chamada de mapeamento de processos. (2) Mapear as páginas de memória que cada processo acessa ao nó NUMA que ele está sendo executado, assim, pode-se reduzir o número de acessos a memórias remotas em arquiteturas NUMA. Essa técnica é conhecida como mapeamento de dados. Para melhores resultados, os mapeamentos de processos e dados precisam ser realizados de forma integrada. Trabalhos anteriores nesta área executam os mapeamentos separadamente, o que limita os ganhos que podem ser alcançados. Além disso, a maioria dos mecanismos anteriores exigem operações caras, como traços de acessos à memória, para realizar o mapeamento, além de exigirem mudanças no hardware ou na aplicação paralela. Estes mecanismos não podem ser considerados soluções genéricas para o problema de mapeamento. Nesta tese, fazemos duas contribuições principais para o problema de mapeamento. Em primeiro lugar, nós introduzimos um conjunto de métricas e uma metodologia para analisar aplicações paralelas, a fim de determinar a sua adequação para um melhor mapeamento e avaliar os possíveis ganhos que podem ser alcançados através desse mapeamento otimizado. Em segundo lugar, propomos um mecanismo que executa o mapeamento de processos e dados online. Este mecanismo funciona no nível do sistema operacional e não requer alterações no hardware, os códigos fonte ou bibliotecas. Uma extensa avaliação com múltiplos conjuntos de carga de trabalho paralelos mostram consideráveis melhorias em desempenho e eficiência energética. / Reducing the cost of memory accesses, both in terms of performance and energy consumption, is a major challenge in shared-memory architectures. Modern systems have deep and complex memory hierarchies with multiple cache levels and memory controllers, leading to a Non-Uniform Memory Access (NUMA) behavior. In such systems, there are two ways to improve the memory affinity: First, by mapping tasks that share data (communicate) to cores with a shared cache, cache usage and communication performance are improved. Second, by mapping memory pages to memory controllers that perform the most accesses to them and are not overloaded, the average cost of accesses is reduced. We call these two techniques task mapping and data mapping, respectively. For optimal results, task and data mapping need to be performed in an integrated way. Previous work in this area performs the mapping only separately, which limits the gains that can be achieved. Furthermore, most previous mechanisms require expensive operations, such as communication or memory access traces, to perform the mapping, require changes to the hardware or to the parallel application, or use a simple static mapping. These mechanisms can not be considered generic solutions for the mapping problem. In this thesis, we make two contributions to the mapping problem. First, we introduce a set of metrics and a methodology to analyze parallel applications in order to determine their suitability for an improved mapping and to evaluate the possible gains that can be achieved using an optimized mapping. Second, we propose two automatic mechanisms that perform task mapping and combined task/data mapping, respectively, during the execution of a parallel application. These mechanisms work on the operating system level and require no changes to the hardware, the applications themselves or their runtime libraries. An extensive evaluation with parallel applications from multiple benchmark suites as well as real scientific applications shows substantial performance and energy efficiency improvements that are significantly higher than simple mechanisms and previous work, while maintaining a low overhead.

Este trabalho apresenta um estudo sobre redes ópticas de interconexão aplicadas em arquiteturas paralelas, onde são propostos, simulados e analisados alguns modelos de redes. Essa é uma importante pesquisa, pois, as redes de interconexão influenciam diretamente o custo e desempenho das arquiteturas paralelas de computadores. O primeiro modelo de rede óptica proposto é chamado de SCF (Sistema Circular com Filas). Esse e um sistema sem colisões, onde há um canal exclusivo para controle de comunicação e cada nó possui um canal exclusivo para recepção de dados. Esse sistema tem um desempenho com alta taxa de vazão, alto nível de utilização e pequenas filas. Para a simulação da rede SCF foi desenvolvido um simulador dedicado, cuja adaptação para a simulação de outros modelos de redes, propostos nesse trabalho, foi facilmente realizada. Neste trabalho também foram propostos, simulados e analisados três modelos diferentes de chaves ópticas de distribuição para arquitetura paralela do tipo Dataflow. Os resultados dessas simulações mostram que componentes ópticos relativamente simples podem ser utilizados no desenvolvimento de sistemas de alto desempenho. / This work presents a study about optical interconnection network applied to parallel computer architectures, where is proposed, simulated and analyzed some models of optical interconnection networks. It is an important research because the interconnection networks influence directly the cost and performance of parallel computer architectures. The first optical interconnection network model proposed in this work is called SCF (Sistema Circular com Filas). It is a system without collisions, where there is a dedicated channel for communication control and each node has a fixed channel for data reception. The system has a performance with high throughput, high utilization leve1 and small queue size. For the SCF simulation was developed a dedicated simulator, whose adjust to simulate others optical interconnection network, proposed in this work, was easily performed. In this work also were proposed, simulated and analyzed three different models of optical distributing network for Dataflow computer architecture, whose results shows that single optical devises can ensure the development of high performance systems.

Existe um crescente aumento nos gastos mundiais em inovação, com maior participação de áreas como a computação, a eletrônica, a saúde, a área automotiva e a área industrial. Mecanismos diferenciados, assimétricos, tais como o estudado neste trabalho, necessitam de maiores investigações, como a realização de ensaios normatizados. Para se contribuir com esse cenário propõe-se a análise de um sistema robótico, de arquitetura paralela, para experimentos de múltiplas finalidades. O presente trabalho aborda desde a construção de uma máquina paralela de topologia assimétrica, passando por seu controle, até a obtenção de informações sobre essa nova arquitetura. A sua construção é dividida em cinco subsistemas, que se interrelacionam: o mecânico, o elétrico, o de atuação, o de controle e o de interface. Sete estratégias de controle foram comparadas de acordo com os seguintes critérios: a exatidão na trajetória, o comprimento controlável, a dispersão das trajetórias em diferentes períodos de tempo, e o consumo de energia. Os resultados foram gerados por meio de registro, em folha de papel, da trajetória do efetuador da máquina. As curvas geradas foram digitalizadas e comparadas entre si. Os resultados mostraram que os controles dinâmicos podem permitir o funcionamento adequado da máquina, sendo possível, inclusive, velocidades maiores que as observadas no controle descentralizado PID. Neste trabalho em particular, o maior desafio observado foi o valor da menor frequência natural amortecida, que se mostrou baixo e resultou em baixos esforços de controle. Em ordem decrescente, os tipos de controle que apresentaram melhores resultados foram o PID descentralizado, o controle por torque computado com feedforward, e o controle por modos deslizantes, também com feedforward. / There is a steady increase in global spending on innovation, with an increased share of areas such as computing, electronics, health, automotive and industrial area. Differentiated, asymmetric mechanisms, such as the one proposed in this work, need further investigations, such as standardized tests. To contribute to this scenario the analysis of a robotic system, with parallel architecture and for multi-purpose experiments, is proposed. This work covers the construction of a parallel machine with asymmetric topology, its control, and the collection of information on this new architecture. Its construction is divided into five sub-systems, which are interrelated: the mechanical, the electrical, the actuation, the control and its interface. Seven control strategies were compared, according to four criteria. The chosen criteria are the following: track accuracy, stability range, dispersion of the paths at different periods and energy consumption. The results were generated by recording, on a sheet of paper, the trajectory of the machine\'s end-effector. The plots were digitalized and compared. The results showed that the dynamic controls can allow the machine to behave appropriately, even at speeds higher than those with the decentralized PID. The main challenge in this case was the lowest damped frequency, with a low value that resulted in low control efforts. In decreasing order, the best results were achieved with the decentralized PID, the feedforward computed torque control and the feedforward sliding modes control.

Nos últimos anos, percebeu-se uma crescente busca por softwares e arquiteturas alternativas. Essa busca acontece porque houve avanços na tecnologia do hardware e estes avanços devem ser complementados por inovações nas metodologias de projetos, testes e verificação para que haja um uso eficaz da tecnologia. Muitos dos softwares e arquiteturas alternativas, geralmente partem para modelos que exploram o paralelismo das aplicações, ao contrário do modelo de von Neumann. Dentre as arquiteturas alternativas de alto desempenho, tem-se a arquitetura a fluxo de dados. Nesse tipo de arquitetura, o processo de execução de programas é determinado pela disponibilidade dos dados. Logo, o paralelismo está embutido na própria natureza do sistema. O modelo a fluxo de dados possui a vantagem de expressar o paralelismo de maneira intrínseca, eliminando a necessidade de o programador explicitar em seu código os trechos onde deve haver paralelismo. As arquiteturas a fluxo de dados voltaram a ser um tema de pesquisa devido aos avanços do hardware, em particular, os avanços da Computação Reconfigurável e os FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays). O projeto ChipCflow é uma ferramenta para execução de algoritmos usando o modelo a fluxo de dados dinâmico em FPGA. Este trabalho apresenta o formato para os tagged-tokens do ChipCflow, os operadores de manipulação das tags dos tokens e suas implementações a fim de que se tenha a PROVA-DE-CONCEITOS para tais operadores na arquitetura ChipCflow / The alternative architectures and softwares researches have been growing in the last years. These researches are happening due to the advance of hardware technology and such advances must be complemented by improvements on design methodologies, test and verification techniques in order to use technology effectively. Many of the alternative architectures and softwares, in general, explore the parallelism of applications, differently to von Neumann model. Among high performance alternative architectures, there is the Dataflow Architecture. In this kind of architecture, the execution of programs is determined by data availability, thus the parallelism is intrinsic in these systems. The dataflow architectures become again a highlighted research area due to hardware advances, in particular, the advances of Reconfigurable Computing and FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays). ChipCflow project is a tool for execution of algorithms using dynamic dataflow graph in FPGA. The main goal in this module of the ChipCflow project is to define the tagged-token format, the iterative operators that will manipulate the tags of tokens and to implement them

Este trabalho define um modelo de execução para cláusulas Prolog, a partir do modelo abstrato de Máquinas de Cláusulas, e o Projeto de uma arquitetura paralela que suporte o modelo proposto. São também introduzidos alguns aspectos sobre as linguagens Lógicas e as máquinas Prolog visto que estes elementos estão relacionados intimamente tanto com o modelo quanto com a arquitetura propostos. Na proposta do modelo de execução são definidos uma representação para os elementos do modelo abstrato (predicados, arcos e clausulas) e um conjunto de algoritmos que permitem a operacionalização do modelo de forma a que tanto o paralelismo como a concorrência inerentes ao modelo abstrato sejam exploradas de forma integral. Na proposta da arquitetura são, primeiramente, discutidas algumas opções de arquitetura básica e, posteriormente, descrita a arquitetura escolhida tanto a nível de blocos bem como dos seus componentes principais, a saber: interface de mem6ria, processador e rede de interconexão. Para cada um destes componentes são descritas as principais instruções e são apresentados os algoritmos que as implementam. Junto com a descrição da arquitetura é definida uma estrutura de dados que permite a implementação da representação descrita no modelo de execuqao e é definido também o algoritmo de unificação que percorre a estrutura proposta. Na validação é feito o cálculo da largura de banda máxima alcançada pela arquitetura proposta, calculo este baseado no algoritmo de unificação descrito. E também feita uma avaliação do ganho de performance da arquitetura proposta em relação a um processador bem como é justificado o numero de processadores escolhidos comparando a performance alcançada na arquitetura proposta com a performance alcançada por conjuntos maiores e menores de processadores. Por fim na conclusa o são feitos comentários sobre os objetivos atingidos e sobre possíveis extensões a este trabalho. / The present work defines a execution model for Prolog clauses based on the clause machines abstract model and then proposes a parallel architecture for the execution model. Some topics about Logic languages and Prolog machines were therefore introduced because they are closely related with, both, the model and the architecture proposed. In the execution model the representation of the abstract model elements (predicates, arcs and clauses) and the set of algoritms that allow the operation of the model were defined so that the parallelism of the model can be integraly achieved. In the architecture proposal, first some options for the basic architecture were discussed and then the chosen architecture is describeb at block level as much as at its components level. The most importants components reported are the memory interface, the processor and the interconection net, for each one of them the possible instructions were describeb as well as their algoritms. Together with the especification of the architecture, the data estructure that allows the implementation of the execution model representation and the concerning unification algorit that scans the proposed representation were especified too. In the validation the thoughtput permited by the proposal architecture is calculated based on the unification algoritm earlier described. Besides that the performance gain compared with an architecture with only one processor was estimated, as much as the confrontation of the performance of lesser and greater sets of processors elements were made in order to validate the chossen number. At last, in the conclusion, some coments about the fulfilled goals and about eventual extends for the work.

Arquiteturas paralelas modernas têm hierarquias de memória complexas, que consistem de vários níveis de memórias cache privadas e compartilhadas, bem como Non-Uniform Memory Access (NUMA) devido a múltiplos controladores de memória por sistema. Um dos grandes desafios dessas arquiteturas é melhorar a localidade e o balanceamento de acessos à memória de tal forma que a latência média de acesso à memória é reduzida. Dessa forma, o desempenho e a eficiência energética de aplicações paralelas podem ser melhorados. Os acessos podem ser melhorados de duas maneiras: (1) processos que acessam dados compartilhados (comunicação entre processos) podem ser alocados em unidades de execução próximas na hierarquia de memória, a fim de melhorar o uso das caches. Esta técnica é chamada de mapeamento de processos. (2) Mapear as páginas de memória que cada processo acessa ao nó NUMA que ele está sendo executado, assim, pode-se reduzir o número de acessos a memórias remotas em arquiteturas NUMA. Essa técnica é conhecida como mapeamento de dados. Para melhores resultados, os mapeamentos de processos e dados precisam ser realizados de forma integrada. Trabalhos anteriores nesta área executam os mapeamentos separadamente, o que limita os ganhos que podem ser alcançados. Além disso, a maioria dos mecanismos anteriores exigem operações caras, como traços de acessos à memória, para realizar o mapeamento, além de exigirem mudanças no hardware ou na aplicação paralela. Estes mecanismos não podem ser considerados soluções genéricas para o problema de mapeamento. Nesta tese, fazemos duas contribuições principais para o problema de mapeamento. Em primeiro lugar, nós introduzimos um conjunto de métricas e uma metodologia para analisar aplicações paralelas, a fim de determinar a sua adequação para um melhor mapeamento e avaliar os possíveis ganhos que podem ser alcançados através desse mapeamento otimizado. Em segundo lugar, propomos um mecanismo que executa o mapeamento de processos e dados online. Este mecanismo funciona no nível do sistema operacional e não requer alterações no hardware, os códigos fonte ou bibliotecas. Uma extensa avaliação com múltiplos conjuntos de carga de trabalho paralelos mostram consideráveis melhorias em desempenho e eficiência energética. / Reducing the cost of memory accesses, both in terms of performance and energy consumption, is a major challenge in shared-memory architectures. Modern systems have deep and complex memory hierarchies with multiple cache levels and memory controllers, leading to a Non-Uniform Memory Access (NUMA) behavior. In such systems, there are two ways to improve the memory affinity: First, by mapping tasks that share data (communicate) to cores with a shared cache, cache usage and communication performance are improved. Second, by mapping memory pages to memory controllers that perform the most accesses to them and are not overloaded, the average cost of accesses is reduced. We call these two techniques task mapping and data mapping, respectively. For optimal results, task and data mapping need to be performed in an integrated way. Previous work in this area performs the mapping only separately, which limits the gains that can be achieved. Furthermore, most previous mechanisms require expensive operations, such as communication or memory access traces, to perform the mapping, require changes to the hardware or to the parallel application, or use a simple static mapping. These mechanisms can not be considered generic solutions for the mapping problem. In this thesis, we make two contributions to the mapping problem. First, we introduce a set of metrics and a methodology to analyze parallel applications in order to determine their suitability for an improved mapping and to evaluate the possible gains that can be achieved using an optimized mapping. Second, we propose two automatic mechanisms that perform task mapping and combined task/data mapping, respectively, during the execution of a parallel application. These mechanisms work on the operating system level and require no changes to the hardware, the applications themselves or their runtime libraries. An extensive evaluation with parallel applications from multiple benchmark suites as well as real scientific applications shows substantial performance and energy efficiency improvements that are significantly higher than simple mechanisms and previous work, while maintaining a low overhead.

Flexible pipes are used in the offshore oil production to transport fluid and gas from the sea bead to the floating stations, and vice versa. These pipes have several concentric layers, of different materials, geometries and structural functions, since they are exposed to adverse operating environments, subjected to high internal and external pressures, high axial stresses and a series of dynamic loads. The local analysis is an important stage of a flexible pipe design and it consists on determining the stresses and strains distributions along the layers of the pipe. Multipurpose finite element packages are commonly used in the local analysis of flexible pipes, but they possess many limitations due to its generic nature, varying from the absence of specific tools for model creation to heavy restrictions of the number of degrees-of-freedom to make computational processing feasible. At the Polytechnic School of the University of São Paulo, within a research line in progress, several finite macroelements were formulated specifically for structural analysis of flexible pipes, taking into account their particularities, such as geometric patterns and layers assemblage. However, the numerical tools that implement these elements present very high memory and processing consumptions, limiting its usage for large-scale models. Therefore, this work has been motivated by memory and processing limitations of finite element structural analysis of flexible pipes for offshore applications. In this context, the Element-by-Element method, which does not require the global stiffness matrix, was chosen for its potential in memory reduction and processing capabilities, given its scalability and ease of parallelization. After an extensive literature review on numerical methods regarding the EBE method, it was chosen the Element-by-Element Diagonal Preconditioned Conjugate Gradient Method (EBE-PCG) algorithm. Aiming higher computational performance, the finite macroelements formulated by (PROVASI, 2013) were converted to the C++ language, implemented and parallelized in a new analysis tool, named as PipeFEM. The diagonal preconditioned EBE-PCG algorithm was implemented and parallelized with OpenMP. The scalability of the PCG algorithm is directly influenced by the efficiency of the matrix-vector product, an operation that, in the element-by-element method, is computed in a local basis with the blocks that comprise the model, and that requires synchronization techniques when performed in parallel. Four different synchronization strategies were developed, being the one based on geometric- and mesh- based mappings the most efficient of them. Numerical experiments showed a reduction of almost 92% in the EBE-PCG solution time of the parallelized version in comparison to the sequential one. In order to compare the efficiency of PipeFEM with the well-established finite element package ANSYS, a simplified flexible pipe was modeled in both software. PipeFEM was approximately 82 times faster than ANSYS to solve the problem, spending 24.27 seconds against 33 minutes and 18 seconds. In addition to this, PipeFEM required much less memory, 61.8MB against 6.8GB in ANSYS. In comparison to the dense version of MacroFEM, a reduction of more than three orders of magnitude was achieved in memory consumption. Despite the low the rate of convergence presented by the diagonal preconditioner, the implementation is very efficient in computational terms. Therefore, the objectives of this work were fulfilled with the development and application of the EBE method, allowing a reduction of memory and simulation costs. / Tubos flexíveis são utilizados na produção offshore de petróleo para o transporte de fluidos e gás natural das estruturas submersas até as estações flutuantes, e vice-versa. Estes tubos possuem diversas camadas concêntricas, de diferentes materiais, geometrias e funções estruturais, pois são expostos a ambientes adversos de operação, nos quais são submetidos à elevadas pressões internas e externas, elevados carregamentos e tensões axiais, além de uma série de carregamentos dinâmicos. A análise local é uma etapa importante do dimensionamento de um tubo flexível e consiste em determinar as distribuições de tensões e deformações ao longo das camadas do tubo. Pacotes multiuso de elementos finitos são comumente utilizados na análise local de tubos flexíveis, mas, devido as suas naturezas genéricas, possuem limitações que variam desde a ausência de ferramentas específicas para a criação de modelos até restrições pesadas no número total de graus de liberdade para tornar exequível o processo computacional. Na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, dentro de uma linha de pesquisa em andamento, diversos macroelementos finitos foram formulados especificamente para a análise estrutural de tubos flexíveis, levando em consideração as suas particularidades, como por exemplo padrões de geometrias e de montagem de camadas. Entretanto, a ferramenta numérica que implementa esses elementos apresenta elevado consumo de memória e de processamento, o que limita o seu uso para modelos de grande escala. Portanto, este trabalho foi motivado por limitações de memória e processamento em análises estruturais com o método dos elementos finitos para tubos flexíveis de aplicações offshore. Neste contexto, o método elemento-a-elemento, caracterizado pela eliminação da matriz global de rigidez, foi escolhido devido ao seu potencial de redução de consumo de memória e às suas capacidades de processamento, dada a sua escalabilidade e facilidade de paralelização. Após uma extensa revisão bibliográfica em métodos numéricos a respeito do método EBE, foi escolhido a versão diagonalmente precondicionada do método do gradiente conjugado (EBE-PCG). Com o intuito de se obter maior performance computacional, os macroelementos finitos formulados por (PROVASI, 2013) foram convertidos para a linguagem C++, paralelizados e implementado em uma nova ferramenta de análise chamada de PipeFEM, totalmente escrita em C++ e que explora paralelismo em todos as etapas. O algoritmo EBE-PCG foi implementado e paralelizado com OpenMP. A escalabilidade do algoritmo PCG é diretamente influenciada pela eficiência do produto entre matriz e vetor, uma operação que no método elemento-a-elemento é calculada na base local com os blocos que compõem o modelo, o que requer técnicas de sincronização quando realizada de modo paralelo. Quatro diferentes estratégias de sincronização foram desenvolvidas, sendo a mais eficiente delas a que utilizada mapeamentos baseados em características da geometria e malha. Experimentos numéricos mostraram uma redução de quase 92% no tempo de simulação do algoritmo PCG da versão paralelizada em relação à sequencial. De modo a comparar a eficiência do PipeFEM com o pacote bem estabelecido de elementos finitos, ANSYS, um tubo simplificado foi modelado em ambos os programas. PipeFEM foi aproximadamente 82 vezes mais rápido do que o ANSYS, gastando 24.27 segundos contra 33 minutos e 18 segundos. Além disso, PipeFEM consumiu muito menos memória, 61.8MB contra 6.8GB in ANSYS. Em comparação com a versão densa do MacroFEM, uma redução superior a três ordens de grandeza no consum e de memória foi obtida. Assim, apesar da baixa taxa de convergência apresentada pelo precondicionador diagonal, a implementação está muito eficiente em termos computacionais. Portanto, os objetivos deste trabalho foram alcançados com o desenvolvimento e aplicação do método EBE, o que permitiu uma redução considerável dos custos de simulação e memória.

O modelo a fluxo de dados tem grande destaque em pesquisas em arquiteturas de alto desempenho. Neste modelo, o controle de execução é feito apenas pela disponibilidade dos dados, permitindo que seja explorado o máximo de paralelismo implícito em um programa. As propostas que serão expostas neste trabalho visam solucionar um particular problema da máquina de fluxo de dados de Manchester. Esta arquitetura para tratar código reentrante, impõe que as fichas de dados, além da indicação da instrução destino, possuam um rótulo. Estas informações extras, que formam 70% da ficha de dado, fazem com que a implantação da máquina seja complexa. Assim, o hardware impõe um sério limite a velocidade de processamento, impedindo a plena utilização do modelo. Neste trabalho, serão apresentadas propostas para a redução do número de informações necessárias para o correto funcionamento da máquina, possibilitando uma implementação mais simples e mais eficiente. / The dataflow model is specially relevant you research in high-performance architectures. In this model, the execution control is done by taking into account only the dates availability, thus allowing maximum exploitation of the paralelism implicit in programs. The present work is based on the Manchester dataflow machine, which, in to order you handle the reentran code, imposes the dates token you have, in addition you the destination instruction Field, albel. Additional This information, which corresponds you 70% of the dates token, compounds the machine implementation it substantially bounds the execution speed and prevents the full model utilization. This work presents approaches will be reducing the amount of information needed will be to proper machine operation in to order you achieve to simpler and lives effective implementation.

Neste trabalho é apresentada a arquitetura SEED, proposta a partir das experiências adquiridas com as arquiteturas baseadas no modelo a fluxo de dados que foram estudadas até o presente. A arquitetura SEED utiliza o modelo a fluxo de dados para escalonar e executar blocos de instruções, visando aproveitar a principal qualidade apresentada pelo modelo, que consiste em expor o máximo de paralelismo existente nos programas. No entanto, a arquitetura explora paralelismo de granularidade mais grossa que as arquiteturas a fluxo de dados, a fim de reduzir o trafego de fichas de dados na arquitetura. Esta redução tenta resolver ou amenizar problemas como a excessiva ocupação de memória e a grande complexidade exigida do hardware. Além da especificação da funcionalidade de toda a arquitetura SEED, este trabalho apresenta uma proposta para o particionamento do código. A utilização desta proposta permite a geração de blocos de códigos que podem ser executados corretamente pela arquitetura SEED. Alguns benchmarks foram gerados utilizando essa proposta de particionamento de código. Estes benchmarks foram executados no simulador da arquitetura SEED, visando analisar e avaliar o comportamento da arquitetura com diversas configurações de hardware. / In this work is presented the SEED architecture. This architecture was proposed considering the experiences obtained with existing architectures based on dataflow model. The SEED architecture uses dataflow model to schedule and execute sets of instructions, called code blocks. This approach tries to make use of the main quality of the dataflow model that is to expose the maximum parallelism of the programs. However, this architecture explores coarser granularity than the one usually considered in dataflow architectures in order to reduce the data token traffic in the architecture. This type of reduction tries to solve problems like excessive occupation of memory and high complexity of the hardware. Besides the specification of all units that compose the SEED architecture, this work also proposes a way of partitioning programs, creating code blocks that may be executed by SEED architecture. Some benchmarks were generated using this proposal for partitioning programs. These benchmarks were executed in the SEED architecture simulator, in order to analyze the behavior of the proposed architecture under special configurations.